Programarea Calculatoarelor Cursul 10: Tipurile de...

Programarea Calculatoarelor

Cursul 10: Tipurile de date structură, uniune și enumerare.

Nume simbolicepentru tipuri de date

Ion Giosan

Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca

Departamentul Calculatoare

Structuri

• Sunt colecții de componente (variabile) înrudite și agregate sub un singur nume

• Pot conține componente (variabile) având diferite tipuri de date

• Similare cu tipul de date record din limbajul PASCAL

• Frecvent utilizate pentru definirea de înregistrări care urmează a fi stocate în fișiere

• Combinate cu pointeri pot genera liste înlănțuite, stive, cozi, arbori, etc.

• Tipul de date structură poate fi declarat atât• Local – cu vizibilitate doar în acea funcție

• Global – cu vizibilitate în toate funcțiile

6 octombrie 2019 Programarea Calculatoarelor - I. Giosan 2

Definiția unei structuri

• În această definiție nume și identificator variabilă nu pot lipsi simultan:


Lista de componente și variabile de tip structură

• Lista de componente poate conține unul sau mai mulți identificatori:

• O variabilă de tipul structurii se declară astfel:


Structuri - exemple

• Structura student cu variabile declarate (trei studenți)struct student

{

int numarmatricol;

char nume[25];

char CNP[14];

float nota;

} a, b, c;

• Structura student și variabile declarate ulterior (trei studenți)struct student

{

int numarmatricol;

char nume[25];

char CNP[14];

float nota;

};

struct student a, b, c;

student a, b, c; // In limbajul C++ poate lipsi cuvantul struct


Structuri - exemple

• Structură fără nume și trei variabile declaratestruct

{

int numarmatricol;

char nume[25];

char CNP[14];

float nota;

} a, b, c;

• Observație: ulterior nu se mai pot declara alte variabile de tipul structurii

• Definirea unei structuri nu ocupă memorie ci doar creează un tip nou de date

• Variabilele declarate de tipul structurii respective ocupă memorie• Dimensiunea memoriei ocupată de o astfel de variabilă este

aproximativ suma dimensiunilor de memorie ocupată de fiecare componentă

• Zona de memorie ocupată este în final aliniată (se introduc, dacă este necesar, octeți de umplutură – padding bytes) pentru a facilita accesul la date


Structuri

• O structură nu poate conține o componentă de tipul structurii înseși (definire recurentă)

struct student {

int numarmatricol;

char nume[25];

char CNP[14];

float nota;

struct student s; // definire recurenta – nu este permisa!

};

• O structură poate conține o componentă care este pointer de tipul structurii înseși

struct student {

int numarmatricol;

char nume[25];

char CNP[14];

float nota;

struct student *s; // pointer de tipul structurii

};


Structuri

• Definirea de structuri recursive prin intermediul pointerilor la structura însăși

• Liste dinamice, arbori, etc.

• Exemplu de structură de arbore binar de studențistruct student {

int numarmatricol;

char nume[25];

char CNP[14];

float nota;

struct student *fiustang; /* pointer catre studentul

fiu-stang */

struct student *fiudrept; /* pointer catre studentul

fiu-drept */

};


Operații permise cu structuri

• Asignarea unei variabile structură la o altă variabilă structură de același tip

• Obținerea adresei unei variabile structură (&)

• Accesul la componentele (membrii) unei structuri• Calificare (operatorul .)• Utilizând dereferențierea pointerilor și calificare (operatorul ->)

• Utilizarea operatorului sizeof pentru determinarea dimensiunii unei structuri

• Inițializarea componentelor unei variabile structură este similară cu inițializarea tablourilor

• Membrii variabilelor globale sunt inițializați cu zero• Membrii variabilelor locale automate sunt neinițializați

• În C, ca și orice alt argument, trimiterea structurilor ca și argumente la apelul funcțiilor se face prin valoare


Operații permise cu structuri -exemplu

struct student {

int numarmatricol;

char nume[25];

char CNP[14];

float nota;

} a;

struct student b;

struct student c={14526,"Popescu Alin","1960314121785",7.58f};

printf("%d %d\n",sizeof(b),sizeof(struct student)); //48 48

b=c;

a.numarmatricol=13154;

strcpy(a.nume,"Ionescu Emil");

strcpy(a.CNP,"1951201011143");

a.nota=5.54f;

struct student *pa=&a;

pa->nota=9.82f;

printf("%d %s %s %.2f\n",a.numarmatricol,a.nume,pa->CNP,(*pa).nota);

// 13154 Ionescu Emil 1951201011143 9.82


Memorarea componentelor unei variabile structură

• Componentele unei variabile de tipul unei structuri sunt alocate în memorie una după cealaltă

• Sunt inserați, dacă sunt necesari, octeți de umplutură (padding bytes) pentru alinierea datelor în memorie

• Little-endian – definește ordinea de memorare a octeților unei valori: octetul mai puțin semnificativ este memorat primul, …, octetul cel mai semnificativ este memorat ultimul

• Exemplu de structură:struct student {

int numarmatricol;

char nume[25];

char CNP[14];

float nota;

} x;


nota(4) umplutură(1) CNP(14) nume(25) numarmatricol(4)48 octeți:

Adresa de memorie crește

Little-

endian

Adresa

variabilei

structură x.

Primul octet

Structuri cu câmpuri pe biți (bit fields) (1)

• Câmp pe biți• Membru al unei structuri, a cărui dimensiune este clar specificată, în

număr de biți, ca și constantă întreagă după numele câmpului și caracterul :

• Ajută la economisirea memoriei utilizate; trebuie să fie de tip întreg cu sau fără semn; nu pot fi accesați biții individual

• Exemplu de variabilă de structură cu trei câmpuri pe bițistruct data {

unsigned int zi:5; unsigned int luna:4;

int an:14;};

• Dimensiunea memoriei ocupate de câmpuri este de 5+4+14=23 biți, însă sizeof(struct data) este 4 octeți (32 de biți) din motive de aliniere a datelor în memorie (9 biți de umplutură)

• Observație: dacă toate cele trei câmpuri ar fi fost declarate de tip int sau unsigned int atunci sizeof(struct data)ar fi fost 12 octeți (96 de biți)


zilunaanumplutură32 biți:



• Câmpuri pe biți fără nume• Utilizați ca biți de umplutură (padding bits) în structură• Nu se poate stoca nimic în acești biți de umplutură

• Exemplu de variabilă de structură cu două câmpuri pe biți și alți biți de umplutură

struct bfn {

unsigned int a:13;

unsigned int :5; // biți de umplutură

int b:1;

}

• Dimensiunea memoriei ocupate de câmpuri este 13+5+1=19 biți, însă sizeof(struct bfn) este 4 octeți (32 de biți) din motive de aliniere a datelor în memorie (13 biți de umplutură)


aumpluturăbumplutură

32 biți:



• Câmpuri pe biți fără nume și dimensiune zero• Aliniază conținutul curent de biți din structură (prin inserarea de biți de

umplutură) pentru ca următorul câmp să înceapă într-o nouă unitate de memorie

• Exemplu de variabilă de structură cu următoarele câmpuristruct bfnzero {

unsigned int a:13;

int b:27;unsigned int :0; //inserează biți de umpluturăint c:17;

unsigned char d:2;char :0; // inserează biți de umpluturăchar e:3;

};

• Dimensiunea totală a memoriei ocupate de câmpurile utile este 62 de biți, însă sizeof(struct bfnzero) este 16 octeți (128 de biți) din motive de aliniere a datelor în memorie (biți de umplutură)


umplutură(21) e(3) umplutură(6) d(2) umplutură(15) c(17) umplutură(5) b(27) umplutură(19) a(13)128 biți:

3 octeți 1 octet 4 octeți 4 octeți 4 octeți



• Structuri care conțin atât câmpuri obișnuite cât și câmpuri pe biți• Orice câmp obișnuit este aliniat automat la începutul unei noi unități de

memorie (prin inserarea înainte a biților de umplutură)• Exemplu de variabilă de structură cu următoarele câmpuri

struct mixta {unsigned int a:5;

char b; unsigned char c:7;unsigned int d:2;

double e; unsigned char f:2; };

• Dimensiunea totală a memoriei ocupate de câmpurile utile este 88 biți, însă sizeof(struct mixta) este 24 octeți (192 de biți) din motive de aliniere a datelor în memorie (biți de umplutură)

• Observație: s-ar putea economisi memorie prin rearanjarea câmpurilor în structură


umplutură(62) f(2) e(64) umplutură(30) d(2) umplutură(9) c(7) b(8) umplutură(3) a(5)192 biți:

8 octeți 8 octeți 4 octeți 2 octeți 1 octet1 octet



• Structuri care conțin atât câmpuri obișnuite cât și câmpuri pe biți• Exemplul anterior cu câmpurile rearanjate

struct mixta {

unsigned char c:7;

unsigned char f:2;

char b;

unsigned int d:2;

unsigned int a:5;

double e;

};

• În această configurație sizeof(struct mixta) este 16 octeți (128 de biți) din motive de aliniere a datelor în memorie (biți de umplutură)

• S-a economisit memorie!


e(64) umplutură(25) a(5) d(2) umplutură(8) b(8) umplutură(6) f(2) umplutură(1) c(7)128 biți:

8 octeți 4 octeți 1 octet 1 octet1 octet1 octet



• Accesul la câmpurile pe biți este analog ca și la câmpurile obișnuite

• Singura diferență constă în faptul că nu se poate accesa adresa unui câmp pe biți

• Este imposibil întrucât cea mai mică unitate de memorie accesibilă este octetul

• Asignarea de valori se va face prin intermediul altei variabile

• Exemplu

struct mixta v;

/* scanf("%d", &v.d); => eroare de compilare */

int x;

scanf("%d",&x);

v.d = x;


Uniuni

• O uniune este o zonă de memorie care poate conține o varietate de componente la momente diferite de timp

• Conține numai o singură componentă (membru) la un anumit moment

• Membrii unei uniuni partajează aceeași zonă de memorie

• Ajută la economisirea spațiului de memorie utilizat

• Poate fi accesat numai ultimul membru scris în acea uniune

• Zona de memorie rezervată are dimensiunea componentei care necesită cea mai multă memorie pentru reprezentare

• Definire – la fel ca și o structură, dar folosind union

• Operațiile permise cu structuri sunt permise și cu uniuni• Excepție: la inițializarea unei uniuni doar primul membru poate fi

inițializat


Uniuni - exemplu

union heterogen {

int x;

double y;

char z[14];

} m;

union heterogen n={0x41424344};

printf("%d %d\n",sizeof(n),sizeof(union heterogen)); //16 16

printf("%x %d\n",n.x,n.x); //41424344 1094861636

char *pc=(char*)&n;

printf("%c%c%c%c%c\n",*pc,*(pc+1),*(pc+2),*(pc+3),*(pc+4)); //DCBA

printf("%s\n",n.z); //DCBA

m=n;

union heterogen *pm=&m;

pm->y=7.50;

strcpy(pm->z,"student");

printf("%d %f %s\n",m.x,(*pm).y,pm->z); //1685419123 0.000000 student


0x0 0x0 ……….......... 0x0 0x41 0x42 0x43 0x44

16 octeți:


Little-

endian

Adresa

variabilei

uniune n.

Primul octet

4 octeți12 octeți (inițializați cu 0)

Enumerări

• O enumerare conține un set de constante întregi reprezentate prin identificatori

• Permite folosirea unor nume sugestive pentru valori numerice

• Constantele sunt asemănătoare constantelor simbolice și au valori setate automat

• Valorile încep implicit de la 0 și sunt incrementate cu 1• Se pot seta valori explicite prin asignare cu operatorul =• Numele constantelor trebuie să fie unice

• Variabilele de tip enumerare își pot asuma doar una din valorile constante din set

• Nu se poate garanta că reprezentarea pe tipul întreg a uneivariabile de tipul enumerare poate fi folosită pentru a stoca alt întreg


Enumerări - exemplu

enum culoare {alb, negru=14, verde, albastru, rosu=30};

printf("%d %d %d %d %d\n",alb,negru,verde,albastru,rosu);

// 0 14 15 16 30

enum culoare x=negru;

enum culoare y=albastru;

int z=x+y;

printf("%d %d %d\n",x,y,z); //14 16 30

x=alb;

x=40000; // nu garanteaza ca se poate stoca corect valoarea in x

printf("%d\n",x); //40000


Nume simbolice pentrutipuri de date

• Atribuie un nume simbolic unui tip predefinit sau unui tip utilizator

• Un nume de tip se definește utilizând cuvântul cheie typedef

• În cazul tipurilor de date structură, uniune și enumerare• Definirea unui nume de tip face ca specificarea cuvântului rezervat

struct, union sau respectiv enum să nu mai fie necesară la declararea unei noi variabile


Nume simbolice pentrutipuri de date - exemplu

typedef int intreg;

typedef enum {false,true} boolean;

typedef struct {

double real;

double imag;

} complex;

intreg i=20;

complex k[2];

k[0].real=5.245;

k[0].imag=6.51;

k[1]=k[0];

boolean d;

d=(i>k[0].real+k[1].imag)?true:false;

printf("%d\n",d); //1


Programarea Calculatoarelor Cursul 10: Tipurile de...

Documents

Transcript of Programarea Calculatoarelor Cursul 10: Tipurile de...